Estudiantes 8. o grado Guía de continuidad educativa
Ciencia, Salud
y Medio Ambiente
Semana 23
MINISTERIO
DE EDUCACIÓN
Unidad 8. Dinámica de los ecosistemas Semana 23 Contenido Introducción y flujo de energía en los ecosistemas
Resuelve Construyendo una pirámide trófica Orientación sobre el uso de la guía
Esta guía es un resumen de los sitios web de continuidad educativa del MINED. Te recomendamos visitar los sitios para que aprendas más fácilmente. Si tienes dificultades al realizar algún experimento, puedes observarlo en las teleclases para completar tus tareas. Tu docente podrá revisar estas tareas en el formato que se te indique.
A. ¿Qué debes saber?
1. Introducción
Intenta responder las siguientes tres preguntas con una sola palabra común. ¿Qué se necesita para que un carro funcione y pueda transportarnos de un lugar a otro? ¿Qué necesitamos para que nuestro refrigerador pueda enfriar y preservar nuestra comida? ¿Y para que podamos usar el celular para comunicarnos? Pues la respuesta es ¡ENERGÍA! De la misma forma que los ejemplos anteriores, los ecosistemas precisan de energía para poder funcionar correctamente y poder cumplir con todas las funciones que le permiten a nuestro planeta sostener todas las formas de vida, incluidos a nosotros los humanos. En esta lección abordaremos la introducción de energía y cómo fluye a través de los ecosistemas.
2. ¿Cómo ingresa la energía a los ecosistemas?
La energía corresponde a la capacidad de realizar un trabajo, y su comportamiento está regido por dos leyes.
• La primera establece que la energía puede transformarse de una clase a otra, pero no puede destruirse. Por ejemplo, la energía lumínica proveniente del Sol se transforma en energía química en el proceso de fotosíntesis.
• La segunda ley indica que al pasar de una forma de energía a otra, una parte de esa energía se pierde en forma de calor. Por lo tanto, en cualquier cambio de una forma de energía a otra se produce una pérdida de calor.
Es por esta razón que un ecosistema no puede ser autoabastecido de energía en el corto plazo y los procesos naturales son irreversibles en cuanto al flujo de energía; es decir, el flujo de energía sigue una sola dirección en el ecosistema. Los seres vivos corresponden a sistemas termodinámicos de tipo
abierto, lo que significa que son capaces de intercambiar materia y energía con el entorno, por lo tanto necesitan continuamente del aporte de energía y materia para mantener su estructura y organización.
La contribución más grande de energía proviene del Sol.
3. Tipos de alimentación
Los organismos vivos necesitan alimentarse para poder realizar sus procesos vitales, pues es del alimento que se obtiene la energía y la materia prima constitutiva. Todos los seres vivos extraen esta energía de compuestos orgánicos, es decir, sustancias a base de carbono. Algunos organismos, como los autótrofos, pueden obtener su carbono constitutivo (y energético) de una fuente inorgánica, por ello se dice que producen su propio alimento; las plantas son un claro ejemplo. Por otro lado, los organismos heterótrofos no pueden hacer esto y necesitan alimentarse de otros organismos como fuente de carbono.
Por lo tanto, podemos identificar diferentes tipos de alimentación en un ecosistema, en función de cómo el organismo obtiene su alimento o, en otras palabras, según la forma en que los organismos obtienen la energía para poder realizar los procesos vitales;
podemos distinguir esencialmente a productores y consumidores.
La materia y la energía circulan a través de la biosfera y los ecosistemas en forma de relaciones tróficas (trofos en griego significa "comer"). Las relaciones tróficas se suelen representar mediante cadenas alimentarias o tróficas, donde cada organismo puede ser considerado como alimento de otros.
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Las cadenas tróficas están formadas por varios eslabones o niveles tróficos:
1. Productores. Son organismos autótrofos capaces de introducir la materia orgánica al ecosistema y, con ello, su energía útil. Para lograrlo, captan y transforman la energía luminosa (o química) a través de procesos como la fotosíntesis.
Constituyen el primer nivel trófico.
CO2 + H2O → Materia orgánica + O2
La materia orgánica fabricada es utilizada por los propios organismos fotosintéticos para el mantenimiento de sus procesos vitales mediante la respiración que, tras ser utilizada en los procesos vitales, se transforma en calor.
Materia orgánica + O2→ CO2 + H2O + Energía
La energía restante se acumula en las estructuras vivas, pudiendo ser transferida en forma de alimento a los seres heterótrofos.
2. Consumidores. Son organismos heterótrofos que se alimentan de otros seres vivos, animales o vegetales. Podemos distinguir varios niveles:
a. Consumidores primarios o herbívoros. Se alimentan directamente de los tejidos de los productores. Constituyen el segundo nivel trófico.
b. Consumidores secundarios o carnívoros. Se alimentan de los herbívoros y de sus parásitos.
Constituyen el tercer nivel trófico.
c. Consumidores terciarios o carnívoros finales. Se alimentan de los carnívoros y constituyen el cuarto nivel trófico.
También tenemos a los descomponedores, que son las bacterias y los hongos, quienes metabolizan los restos orgánicos e inorgánicos de otros seres vivos y los transforman en materia útil para los productores.
Se debe recordar que, como en toda transformación, en cada uno de estos procesos existe pérdida de energía.
Figura 1. Esquema del flujo de energía entre los distintos niveles tróficos de un ecosistema, nótese que este viaja en una sola dirección. El grosor de las flechas indica la cantidad de energía que pasa de un nivel a otro
Figura 2. Ejemplo de cadena alimentaria en ecosistema terrestre (tomado de Biología de Solomon, 9.a edición)
4. Cadena alimentaria
Es un diagrama simple que muestra una de las formas en que la energía fluye a través de un ecosistema. Los productores forman la base de todas las cadenas alimentarias. Los consumidores que se alimentan de productores se llaman consumidores primarios. Los consumidores que se alimentan de consumidores primarios se llaman consumidores secundarios. Esta cadena puede seguir a muchos otros niveles.
En cada nivel de la cadena alimentaria se pierde bastante energía. Aproximadamente solo un 10 % de la energía pasa al siguiente nivel. ¿A dónde va esa energía? Una parte de esa energía es liberada como calor. Otra parte va a parar a los residuos de los animales. La energía también se va a las partes de un animal, que necesitan energía para crecer, pero que otros consumidores no pueden comer, como el pelaje.
Es debido a la gran pérdida de energía que la mayoría de las cadenas alimentarias tienen solo unos pocos niveles. No hay suficiente energía para niveles superiores.
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Figura 3. Ejemplo de red alimentaria en ecosistema terrestre (tomado de Biología de Solomon, 9.a edición)
Redes alimentarias o tróficas
Las cadenas alimentarias son demasiado simples como para representar el mundo real. Ellas no muestran todas las formas en las que la energía fluye a través de un ecosistema. Un diagrama mucho más complejo de esto es llamado red alimentaria. Una red alimentaria consiste en muchas cadenas alimentarias sobrepuestas. ¿Puedes identificar las cadenas alimentarias en la figura 3? ¿Cuántas cadenas alimentarias incluyen al ratón?
Las redes alimentarias también se sobreponen. Por ejemplo, un águila es parte de una red alimentaria de suelo. Pero podría ir al mar a cazar un pez. Ese pez es parte de una cadena alimentaria marina.
Figura 4. Modelo de un flujo de energía con forma de Y donde se muestran los enlaces entre las cadenas alimenticias de
herbívoros que pastan y de descomponedores o detritos (tomado de Ecología de Odum, 5.a edición, 2006)
5. Flujos de energía entre niveles tróficos
El sentido de transferencia de energía en la cadena trófica es unidireccional y, por tanto, abierto.
De toda la energía que llega a la superficie terrestre procedente del Sol (47 %), solo el 0.2% es absorbida por las plantas verdes y algunas bacterias para ser transformada y almacenada transitoriamente como materia orgánica. Esta transformación es realizada por los autótrofos (productores), quienes toman la energía, por ejemplo del Sol, para producir glúcidos, lípidos y proteínas que ellos mismos fabrican a partir del agua, CO2 y sales minerales. Si representamos en un esquema no solo la energía sino también la materia, de ese esquema podemos deducir dos consecuencias:
a. El flujo de energía es unidireccional, acíclico y abierto. Esto es debido a las pérdidas que se van produciendo a lo largo de las cadenas tróficas (los seres vivos pierden energía en forma de calor). De aquí se deduce que, para que el ecosistema sea estable, es necesario un aporte exterior de energía, prácticamente toda procedente del Sol. Como resultado de esta disminución en el flujo de la energía, el número de eslabones tróficos ha de ser limitado (cinco como máximo).
b. El flujo de materia es cíclico y cerrado. Gracias a la actividad de los descomponedores, se transforma la materia orgánica (restos orgánicos) en materia inorgánica asimilable de nuevo por el ecosistema a través de los productores.
Suponiendo que el flujo solar sea constante, la cantidad de radiación solar que llega a la Tierra varía en función de la duración del día a causa de la rotación terrestre, la inclinación del eje de rotación y las estaciones del año debidas al movimiento de traslación alrededor del Sol.
El objetivo fundamental de los ecosistemas no es captar la máxima cantidad de energía, sino utilizar solamente la energía necesaria para el mantenimiento de la máxima cantidad de organismos que permiten el resto de los factores limitantes.
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Pirámides tróficas
Una pirámide trófica es una representación esquemática de las relaciones alimentarias que se establecen en un ecosistema. Cada uno de los escalones de la pirámide se corresponde con un nivel trófico.
En la base se representan los productores; en el escalón más alto, los animales que no forman parte de la dieta de ningún otro. Todos los escalones tienen la misma altura y su anchura es proporcional al valor de la variable que se quiere representar.
Se pueden elaborar distintos tipos de pirámides tróficas en función de las variables que se utilicen:
energía, biomasa, número de individuos.
Figura 5. Pirámide de energía de un ecosistema de pradera. Cada nivel trófico, del productor al consumidor terciario, tiene progresivamente menos energía almacenada. La anchura de cada rectángulo es proporcional a la energía almacenada en ese nivel trófico. Una pirámide de biomasa de este ecosistema tendría una apariencia muy similar (tomado de Biología de Audesirk, 6.a edición, 2003)
Pirámides de energía. Las pirámides de energía son representaciones que muestran el flujo de energía de unos niveles a otros. En cada escalón se muestra la producción neta de cada nivel trófico expresada en unidades de producción.
Como en el paso de un eslabón de la cadena trófica al siguiente, la eficiencia es de aproximadamente el 10%, las pirámides de energía nunca pueden ser invertidas, ya que la energía almacenada en un nivel siempre es superior a la que se almacena en el siguiente.
Pirámides de números. Representan el número de individuos que hay en cada nivel trófico. Se utilizan poco, ya que muestran una información muy fragmentaria de la estructura trófica del ecosistema.
Pirámides de biomasa. Muestran la cantidad de biomasa en un momento determinado en una parte del ecosistema, pero en ellas no está representado el factor tiempo, no indican la producción ni la productividad.
En las pirámides de biomasa se pueden indicar los valores numéricos de cada nivel, se pueden representar o grupos tróficos o una cadena trófica en concreto.
B. Ponte a prueba
Escribe falso o verdadero en las siguientes afirmaciones.
1. Los seres vivos corresponden a sistemas termodinámicos de tipo cerrado, lo que significa que son capaces de intercambiar materia y energía con el entorno.
__________________________
2. Cuando decimos que los procesos naturales son irreversibles en cuanto al flujo de energía,
nos referimos a que el flujo de energía sigue una sola dirección en el ecosistema.
__________________________
3. La base de todos los ecosistemas y el nivel por donde entra la energía solar son los productores u organismos heterótrofos.
__________________________
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C. Resuelve
Construyendo una pirámide trófica
1. Usa una hoja de papel A4 o cartulina y recorta un cuadrado.
2. Haz esto doblando una esquina hacia el lado opuesto y cortando el rectángulo que sobresale.
3. Luego, dobla el cuadrado por la mitad de la otra manera para que tengas dos pliegues en diagonal a través del cuadrado.
4. Corta a lo largo de un pliegue hacia el centro.
5. Dobla uno de los lados del triángulo debajo del otro para hacer una pirámide.
6. Antes de pegar los dos lados, dibuja tres líneas para dividir los lados en 4 capas.
7. Ahora necesitas diseñar tu pirámide de energía. Decide los organismos que irán a cada nivel. Necesitará productores, consumidores primarios, consumidores secundarios y un consumidor terciario.
8. En uno de los triángulos, dibuja imágenes de cada uno de los organismos en los diferentes niveles.
9. En otro triángulo, escribe los nombres de los organismos.
10. En el último triángulo, escribe si el organismo es el productor o qué tipo de consumidor.
11. Ahora pega el triángulo por la pestaña punteada.
12. Echa un vistazo al siguiente ejemplo.
13. Debes poner organismos diferentes a los del ejemplo.
14. Toma una fotografía de tu proceso de trabajo y del resultado final y envíaselo a tu docente.
D. ¿Saber más?
• ¿Quieres conocer un poco más sobre cómo fluye la energía en los ecosistemas? Mira el siguiente video:
“Flujo de materia y energía en ecosistemas - PSU Ciencias Biología”: https://bit.ly/2OXsjPE
• Y para recordar un poco las leyes de la termodinámica, te proponemos este otro video:
“Las leyes de la termodinámica en 5 minutos”: https://bit.ly/3f6loOG
• Te recomendamos consultar el canal de Ciencia Educativa para repasar y profundizar en este y otros temas. Enlace: https://bit.ly/3hQTrQ6
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E. Autoevaluación
Indicaciones. marca con una X tus logros alcanzados en el desarrollo de las guías de aprendizaje.
Criterios Sí lo
hago
Lo hago con ayuda
Necesito practicar más para lograrlo Comprendo todos los conceptos empleados en la guía
Resuelvo satisfactoriamente la prueba de la semana Desarrollo las tareas siguiendo las indicaciones
Utilizo materiales adicionales a la guía (sites o teleclases) para comprender mejor el tema
F. Respuestas de la prueba
1: F 2: V 3: V
